JP2007026682A - Nonaqueous electrolyte secondary battery - Google Patents
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Abstract
Description
この発明はラミネートフィルムで外装された非水電解質二次電解質に関し、特に電池内部への水分浸入を抑制することが可能な非水電解質二次電解質に関する。 The present invention relates to a non-aqueous electrolyte secondary electrolyte covered with a laminate film, and more particularly to a non-aqueous electrolyte secondary electrolyte capable of suppressing water intrusion into a battery.
近年、カメラ一体型VTR(Videotape recorder:ビデオテープレコーダ)、携帯電話あるいはラップトップコンピュータなどのポータブル電子機器が多く登場し、それらの小型化および軽量化が図られている。それに伴い、ポータブル電子機器の電源として用いられる電池の需要が急速に伸びており、機器の小型軽量化実現のために、電池設計も軽く、薄型であり、かつ機器内の収容スペースを効率的に使うことが求められている。このような要求を満たす電池として、エネルギー密度および出力密度の大きいリチウムイオン電池が最も好適である。 In recent years, many portable electronic devices such as a camera-integrated VTR (Videotape recorder), a mobile phone, or a laptop computer have appeared, and their size and weight have been reduced. Along with this, the demand for batteries used as power sources for portable electronic devices is growing rapidly, and the battery design is lighter, thinner, and more efficient in the storage space in devices to realize smaller and lighter devices. It is required to use. As a battery satisfying such requirements, a lithium ion battery having a large energy density and output density is most suitable.
中でも、形状自由度の高い電池、あるいは薄型大面積のシート型電池、薄型小面積のカード型電池などが望まれているが、従来用いられている金属製の缶を外装として用いる手法では、薄型の電池を作製することが困難である。 Among them, a battery having a high degree of freedom of shape, a thin and large area sheet type battery, a thin and small area card type battery, and the like are desired. However, in the conventional method using a metal can as an exterior, it is thin. It is difficult to produce a battery.
このような問題を解決するために、電解液に接着作用を有する物質を添加したり、高分子を用いたゲル状電解質を用いる電池が検討されている。これらの電池は電極と電解質間が密着しており、接触状態を保持することが可能である。これにより、アルミラミネートフィルム等のフィルム状外装材を用いた薄型の電池を作製することが可能となる。 In order to solve such problems, a battery using a substance having an adhesive action in an electrolytic solution or a gel electrolyte using a polymer has been studied. In these batteries, the electrode and the electrolyte are in close contact with each other, and the contact state can be maintained. This makes it possible to produce a thin battery using a film-like exterior material such as an aluminum laminate film.
図1に、ラミネートフィルムを外装材として用いた電池の外観を示す。この電池1は、正極と負極とをセパレータを介して積層し、巻回またはつづら折りにした電池素子をラミネートフィルムで外装し、電池素子の周囲を封止して作製したものであり、正極および負極と接続した正極端子2aおよび負極端子2b(以下、特に限定しない場合は金属端子2と適宜称する。)をラミネートフィルムの封止部から電池外部に導出したものである。
FIG. 1 shows the appearance of a battery using a laminate film as an exterior material. This battery 1 is produced by laminating a positive electrode and a negative electrode through a separator, covering a wound or zigzag battery element with a laminate film, and sealing the periphery of the battery element. The positive electrode terminal 2a and the
電池の外装に用いられるラミネートフィルムは、金属層が樹脂フィルムからなる外側樹脂層および内側樹脂層に挟まれた、防湿性、絶縁性を有する多層フィルムである。金属層は水分、酸素、光の進入を防ぎ内容物を守る最も重要な役割を担っており、軽さ、伸び性、価格、加工のしやすさからアルミニウム(以下、Alと適宜称する)が最もよく使われる。外側樹脂層には外観の美しさや強靱さ、柔軟性などからナイロン、またはポリエチレンテレフタレート(以下、PETと適宜称する)が用いられる。また、内側樹脂層は熱や超音波で溶けて互いに融着する部分であるため、ポリオレフィンが適切であり無延伸ポリプロピレン(以下、CPPと適宜称する)が多用される。金属層と外側樹脂層との間および金属箔と内側樹脂層との間には接着剤層が設けられている。 A laminate film used for a battery exterior is a multilayer film having moisture resistance and insulating properties, in which a metal layer is sandwiched between an outer resin layer and an inner resin layer made of a resin film. The metal layer plays the most important role in preventing moisture, oxygen and light from entering and protecting the contents. Aluminum (hereinafter referred to as “Al” as appropriate) is the most lightweight because of its lightness, extensibility, price, and ease of processing. Often used. Nylon or polyethylene terephthalate (hereinafter referred to as PET as appropriate) is used for the outer resin layer because of its beautiful appearance, toughness, and flexibility. In addition, since the inner resin layer is a portion that is melted and fused together by heat or ultrasonic waves, polyolefin is suitable, and unstretched polypropylene (hereinafter referred to as CPP as appropriate) is often used. An adhesive layer is provided between the metal layer and the outer resin layer and between the metal foil and the inner resin layer.
ところが、このような電池構造では金属端子2が導出されたラミネートフィルム4の封止部から水分が浸入しやすいという問題点がある。電池素子をラミネートフィルム4にて外装して周囲を封止する際に内側樹脂層が溶けて接着されるが、電池素子から導出した金属端子2と内側樹脂層は接着性に乏しい。このため、金属端子2とラミネートフィルム4の界面を通じて水分が浸入しやすくなってしまう。電池内部に水分が浸入すると電池内部で望ましくない電気化学反応を起こして電池特性が低下したり、内部でガスが発生して電池が膨張する。 However, such a battery structure has a problem that moisture easily enters from the sealing portion of the laminate film 4 from which the metal terminal 2 is derived. When the battery element is covered with the laminate film 4 and the periphery is sealed, the inner resin layer is melted and bonded, but the metal terminal 2 and the inner resin layer derived from the battery element have poor adhesion. For this reason, moisture easily enters through the interface between the metal terminal 2 and the laminate film 4. When moisture enters the battery, an undesirable electrochemical reaction is caused inside the battery to deteriorate battery characteristics, or gas is generated inside and the battery expands.
そこで、以下に示す特許文献1および特許文献2では、金属端子とラミネートフィルムとの間に補助部材を介在させることにより、封止性を向上させる方法が記載されている。
特許文献1では、ラミネートフィルムの内側樹脂層に少なくとも直鎖状低密度ポリエチレンフィルムを接着剤を介して貼着し、金属端子とラミネートフィルムとの間に補助部材として酸変性直鎖状低密度ポリエチレンフィルムを介在させることにより、封止性を向上させるものである。ポリエチレンは熱可塑性樹脂の中でも水分の浸透が遅いため、補助部材を通じての水分浸入も抑制することができる。 In Patent Document 1, at least a linear low density polyethylene film is attached to an inner resin layer of a laminate film via an adhesive, and an acid-modified linear low density polyethylene is used as an auxiliary member between the metal terminal and the laminate film. By interposing a film, sealing properties are improved. Since polyethylene has a slow moisture penetration among thermoplastic resins, it is possible to suppress moisture penetration through the auxiliary member.
また、特許文献2では、シリカゲル、活性炭、ゼオライトなどの水分吸収剤を含む熱可塑性樹脂を補助部材の一部または全体に用いることにより、水分浸入を抑制するものである。この特許文献2では、一例として、金属端子が導出されるラミネートフィルム端部に近い部分では封止性を確保するために水分吸収剤の分散を抑え、電池内部に近づくにつれて水分吸収剤が多く分散されるようにした補助部材が記載されている。 Moreover, in patent document 2, moisture penetration is suppressed by using the thermoplastic resin containing moisture absorbents, such as a silica gel, activated carbon, and a zeolite, for a part or whole of an auxiliary member. In Patent Document 2, as an example, in a portion near the end of the laminate film from which the metal terminal is derived, the dispersion of the moisture absorbent is suppressed in order to ensure the sealing property, and the moisture absorbent is more dispersed as it approaches the inside of the battery. An auxiliary member adapted to be described is described.
しかしながら、電池内部への水分浸入はラミネートフィルムと金属端子との界面部分からの浸入のみでない。ラミネートフィルムは金属箔の両面に接着層を介して樹脂層を設けているが、この接着層の水分透過性が大きいため、依然として水分浸入の問題が残る。例えば、接着層は内側樹脂層に用いるCPPと比較して約100倍の水分透過性を有している。 However, moisture intrusion into the battery is not only from the interface portion between the laminate film and the metal terminal. In the laminate film, a resin layer is provided on both surfaces of the metal foil via an adhesive layer. However, since the moisture permeability of the adhesive layer is large, the problem of moisture infiltration still remains. For example, the adhesive layer has a water permeability of about 100 times that of CPP used for the inner resin layer.
水分の浸入量は浸入経路断面積(接着層の断面積)に比例し、浸入経路長さ(封止幅)に反比例する。そこで、樹脂を熱して溶かし金属箔に接着させたり、樹脂フィルムを熱ローラ等により貼り合わせるなど、金属層と内側樹脂層との間に接着層を設けずに貼り合せることで水分浸入を抑制する方法が考えられる。ところが、この方法は製造コストが高くなるため好ましくない。 The amount of moisture intrusion is proportional to the intrusion path cross-sectional area (cross-sectional area of the adhesive layer) and inversely proportional to the intrusion path length (sealing width). Therefore, moisture penetration is suppressed by bonding without providing an adhesive layer between the metal layer and the inner resin layer, such as heating the resin to melt and bonding it to the metal foil, or bonding the resin film with a heat roller or the like. A method is conceivable. However, this method is not preferable because the manufacturing cost increases.
また、封止幅を広く取って経路長さを大きくすることにより水分浸入を防ぐ方法も考えられるが、この方法では発電要素部分の体積が低下し、電池の高容量化を妨げてしまう。 Although a method of preventing moisture intrusion by enlarging the sealing width and enlarging the path length is conceivable, this method reduces the volume of the power generation element portion and hinders the increase in capacity of the battery.
したがって、この発明では、水分透過性の低いラミネートフィルムにより外装され、狭い封止幅でも水分浸入の少ない非水電解質二次電池を提供することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a nonaqueous electrolyte secondary battery that is packaged with a laminate film having low moisture permeability and has little moisture penetration even with a narrow sealing width.
上記課題を解決するために、この発明では、ラミネートフィルムの金属層と内側樹脂層とを貼着する内側接着層に水分吸収剤を添加した接着剤を用い、このラミネートフィルムを外装材として電池素子を収容して非水電解質二次電池とする。このとき、水分吸収剤としては、一般式がMSO4もしくはM2SO4で示される硫酸塩(式中、Mは、Na,K,Mg,Caから選択される。)、もしくは一般式が(−CH2−CH(COOM)−)nで示されるポリアクリル酸塩(式中、Mは、Na,K,Mg,Caから選択される。)などを単独または2種類以上選択して用い、接着剤中に1%以上10%以下で添加する。 In order to solve the above-described problems, in the present invention, a battery element using an adhesive obtained by adding a moisture absorbent to an inner adhesive layer for adhering a metal layer and an inner resin layer of a laminate film, and using the laminate film as an exterior material To provide a non-aqueous electrolyte secondary battery. At this time, as the moisture absorbent, a sulfate represented by the general formula MSO 4 or M 2 SO 4 (wherein M is selected from Na, K, Mg, Ca), or a general formula ( -CH 2 -CH (COOM) -. ) polyacrylate (wherein represented by n, M is the Na, K, Mg, selected from Ca), such as to select either singly or a reference, Add 1% to 10% in the adhesive.
この発明によれば、ラミネートフィルムの金属層と内側樹脂層間の接着層を経由して電池内部に水分が浸入するのを抑制し、電池内部でのガス発生を抑えることができる。これにより、電池膨れを防止することができる。また、ラミネートフィルムの溶着幅を小さくすることができるため、電池容量の向上を図ることができる。 According to the present invention, moisture can be prevented from entering the battery via the adhesive layer between the metal layer and the inner resin layer of the laminate film, and gas generation inside the battery can be suppressed. Thereby, battery swelling can be prevented. Moreover, since the welding width of the laminate film can be reduced, the battery capacity can be improved.
以下、この発明の一実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、今回はゲル状電解質を用いた電池について説明する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. This time, a battery using a gel electrolyte will be described.
図2に、この発明を適用して作製した非水電解質電池20の構成を示す。この電池20は電池素子10がラミネートフィルム17に形成された凹部17aに収容されて外装されており、電池素子10の周辺部を封止することにより作製されている。以下、電池素子10の構成について説明する。
FIG. 2 shows a configuration of a
図3に、ラミネートフィルム17に収容される電池素子10の構造を示す。この電池素子10は、帯状の正極11と、セパレータ13aと、正極11と対向して配された帯状の負極12と、セパレータ13bとを順に積層し、長手方向に巻回されており、正極11および負極12の両面にはゲル状電解質14が塗布されている。電池素子10からは正極11と接続された正極端子15aおよび負極12と接続された負極端子15bが導出されており(以下、特定の端子を指さない場合は電極端子15とする)、正極端子15aおよび負極端子15bには後に外装するラミネートフィルム17との接着性を向上させるために、ポリエチレン(PE)等の樹脂片であるシーラント16aおよび16b(以下、特定のシーラントを示さない場合はシーラント16と適宜称する)が被覆されている。
FIG. 3 shows the structure of the
[正極]
正極は、正極活物質を含有する正極活物質層が、正極集電体の両面上に形成されたものである。正極集電体としては、例えばアルミニウム(Al)箔などの金属箔により構成されている。
[Positive electrode]
In the positive electrode, a positive electrode active material layer containing a positive electrode active material is formed on both surfaces of a positive electrode current collector. The positive electrode current collector is made of a metal foil such as an aluminum (Al) foil.
正極活物質層は、例えば正極活物質と、導電剤と、結着剤とを含有して構成されている。ここで、正極活物質、導電剤、結着剤および溶剤は、均一に分散していればよく、その混合比は問わない。 The positive electrode active material layer includes, for example, a positive electrode active material, a conductive agent, and a binder. Here, the positive electrode active material, the conductive agent, the binder, and the solvent only have to be uniformly dispersed, and the mixing ratio is not limited.
正極活物質としては、目的とする電池の種類に応じて、金属酸化物、金属硫化物または特定の高分子を用いることができる。例えばリチウムイオン電池を構成する場合、LiXMO2(式中、Mは、一種以上の遷移金属を表し、xは、電池の充放電状態によって異なり、通常0.05以上1.10以下である)を主体とする、リチウムと遷移金属との複合酸化物が用いられる。リチウム複合酸化物を構成する遷移金属としては、コバルト(Co),Ni,マンガン(Mn)等が用いられる。 As the positive electrode active material, a metal oxide, a metal sulfide, or a specific polymer can be used depending on the type of the target battery. For example, in the case of constituting a lithium ion battery, Li x MO 2 (wherein M represents one or more transition metals, and x varies depending on the charge / discharge state of the battery, and is usually 0.05 or more and 1.10 or less. ) And a composite oxide of lithium and transition metal. As the transition metal constituting the lithium composite oxide, cobalt (Co), Ni, manganese (Mn) or the like is used.
このようなリチウム複合酸化物として、具体的には、LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4、LiNiyCo1-yO2(0<y<1)等が挙げられる。また、遷移金属元素の一部を他の元素に置換した固溶体も使用可能である。LiNi0.5Co0.5O2、LiNi0.8Co0.2O2等がその例として挙げられる。これらのリチウム複合酸化物は、高電圧を発生でき、エネルギー密度が優れたものである。さらに、正極活物質としてTiS2、MoS2、NbSe2、V2O5等のリチウムを有しない金属硫化物または酸化物を使用しても良い。これらの正極活物質は、単独で用いるか、もしくは複数種を混合して用いてもよい。 Specific examples of such a lithium composite oxide include LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiMn 2 O 4 , LiNi y Co 1-y O 2 (0 <y <1). A solid solution in which a part of the transition metal element is substituted with another element can also be used. Examples thereof include LiNi 0.5 Co 0.5 O 2 and LiNi 0.8 Co 0.2 O 2 . These lithium composite oxides can generate a high voltage and have an excellent energy density. Furthermore, TiS 2, MoS 2, NbSe 2, V 2 O no lithium metal sulfides such as 5 or may be used an oxide as the positive electrode active material. These positive electrode active materials may be used alone or in combination of two or more.
また、導電剤としては、例えばカーボンブラックあるいはグラファイトなどの炭素材料等が用いられる。また、結着剤としては、例えばポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリビニリデンフルオライド等が用いられる。また、溶剤としては、例えばN−メチルピロリドン等が用いられる。 As the conductive agent, for example, a carbon material such as carbon black or graphite is used. As the binder, for example, polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride, or the like is used. Moreover, as a solvent, N-methylpyrrolidone etc. are used, for example.
上述の正極活物質、結着剤、導電剤を均一に混合して正極合剤とし、この正極合剤を溶剤中に分散させてスラリー状にする。次いで、このスラリーをドクターブレード法等により正極集電体上に均一に塗布した後、高温で乾燥させて溶剤を飛ばすことにより正極活物質層11bが形成される。 The above-described positive electrode active material, binder, and conductive agent are uniformly mixed to form a positive electrode mixture, and this positive electrode mixture is dispersed in a solvent to form a slurry. Next, the slurry is uniformly applied on the positive electrode current collector by a doctor blade method or the like, and then dried at a high temperature to drive off the solvent, thereby forming the positive electrode active material layer 11b.
正極11は正極集電体11aの一端部にスポット溶接または超音波溶接で接続された正極端子15aを有している。この正極端子15aは金属箔、網目状のものが望ましいが、電気化学的および化学的に安定であり、導通がとれるものであれば金属でなくとも問題はない。正極端子15aの材料としては、例えばアルミニウム等が挙げられる。
The
[負極]
負極は、負極活物質を含有する負極活物質層が、負極集電体の両面上に形成されたものである。負極集電体としては、例えば銅(Cu)箔,ニッケル箔あるいはステンレス箔などの金属箔により構成されている。
[Negative electrode]
In the negative electrode, a negative electrode active material layer containing a negative electrode active material is formed on both surfaces of a negative electrode current collector. The negative electrode current collector is made of a metal foil such as a copper (Cu) foil, a nickel foil, or a stainless steel foil.
負極活物質層は、例えば負極活物質と、必要であれば導電剤と、結着剤とを含有して構成されている。これらを均一に混合して負極合剤とし、この負極合剤を溶剤中に分散させてスラリー状にする。次にこのスラリーをドクターブレード法等により負極集電体上に均一に塗布し、高温で乾燥させて溶剤を飛ばすことにより負極活物質層が形成される。ここで、負極活物質、導電剤、結着剤および溶剤は、正極活物質と同様に、その混合比は問わない。 The negative electrode active material layer includes, for example, a negative electrode active material, a conductive agent if necessary, and a binder. These are uniformly mixed to form a negative electrode mixture, and this negative electrode mixture is dispersed in a solvent to form a slurry. Next, the slurry is uniformly applied on the negative electrode current collector by a doctor blade method or the like, dried at a high temperature, and the solvent is blown off to form a negative electrode active material layer. Here, the mixing ratio of the negative electrode active material, the conductive agent, the binder, and the solvent is not limited as in the positive electrode active material.
負極活物質としては、リチウム金属、リチウム合金またはリチウムをドープ・脱ドープ可能な炭素材料または金属系材料と炭素系材料との複合材料が用いられる。具体的に、リチウムをドープ・脱ドープ可能な炭素材料としてはグラファイト、難黒鉛化炭素、易黒鉛化炭素等が挙げられる。より具体的には、熱分解炭素類、コークス類(ピッチコークス、ニードルコークス、石油コークス)、黒鉛類、ガラス状炭素類、有機高分子化合物焼成体(フェノール樹脂、フラン樹脂等を適当な温度で焼成し炭素化したもの)、炭素繊維、活性炭等の炭素材料を使用することができる。さらに、リチウムをドープ、脱ドープできる材料としては、ポリアセチレン、ポリピロール等の高分子やSnO2等の酸化物を使用することができる。 As the negative electrode active material, lithium metal, a lithium alloy, a carbon material that can be doped / undoped with lithium, or a composite material of a metal material and a carbon material is used. Specific examples of the carbon material that can be doped / undoped with lithium include graphite, non-graphitizable carbon, and graphitizable carbon. More specifically, pyrolytic carbons, cokes (pitch coke, needle coke, petroleum coke), graphites, glassy carbons, organic polymer compound fired bodies (phenolic resin, furan resin, etc.) at an appropriate temperature. Carbon materials such as those obtained by firing and carbonization), carbon fibers, activated carbon, and the like can be used. Furthermore, as a material capable of doping and dedoping lithium, a polymer such as polyacetylene or polypyrrole or an oxide such as SnO 2 can be used.
また、リチウムを合金化可能な材料としては多様な種類の金属等が使用可能であるが、スズ(Sn)、コバルト(Co)、インジウム(In)、アルミニウム、ケイ素(Si)およびこれらの合金がよく用いられる。金属リチウムを使用する場合は、必ずしも粉体を結着剤で塗布膜にする必要はなく、圧延したリチウム金属箔を集電体に圧着する方法でも構わない。 In addition, various kinds of metals can be used as materials capable of alloying lithium, but tin (Sn), cobalt (Co), indium (In), aluminum, silicon (Si), and alloys thereof can be used. Often used. When metallic lithium is used, it is not always necessary to use powder as a coating film with a binder, and a method of pressure bonding a rolled lithium metal foil to a current collector may be used.
結着剤としては、例えばポリフッ化ビニリデン、スチレンブタジエンゴム等が用いられる。また、溶剤としては、例えばN−メチルピロリドン、メチルエチルケトン等が用いられる。 As the binder, for example, polyvinylidene fluoride, styrene butadiene rubber or the like is used. Moreover, as a solvent, N-methylpyrrolidone, methyl ethyl ketone, etc. are used, for example.
上述の負極活物質、結着剤、導電剤を均一に混合して負極合剤とし、溶剤中に分散させてスラリー状にする。次いで、正極と同様の方法により負極集電体上に均一に塗布した後、高温で乾燥させて溶剤を飛ばすことにより負極活物質層12bが形成される。 The above-described negative electrode active material, binder, and conductive agent are uniformly mixed to form a negative electrode mixture, which is dispersed in a solvent to form a slurry. Subsequently, after apply | coating uniformly on a negative electrode electrical power collector by the method similar to a positive electrode, the negative electrode active material layer 12b is formed by making it dry at high temperature and flying a solvent.
負極12も正極11と同様に、集電体の一端部にスポット溶接または超音波溶接で接続された負極端子15bを有しており、この負極端子15bは電気化学的および化学的に安定であり、導通がとれるものであれば金属でなくとも問題はない。負極端子15bの材料としては、例えば銅、ニッケル等が挙げられる。
Similarly to the
なお、正極端子15aおよび負極端子15bは同じ方向から導出されていることが好ましいが、短絡等が起こらず電池性能にも問題がなければ、どの方向から導出されていても問題はない。また、正極端子15aおよび負極端子15bの接続箇所は、電気的接触がとれているのであれば取り付ける場所、取り付ける方法は上記の例に限られない。
The
[電解液]
電解液には、リチウムイオン電池に一般的に使用される電解質塩と有機溶媒が使用可能である。
[Electrolyte]
As the electrolytic solution, an electrolyte salt and an organic solvent that are generally used in lithium ion batteries can be used.
非水溶媒としては、具体的には、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、γ−ブチロラクトン、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、ジプロピルカーボネート、エチルプロピルカーボネート、またはこれらの炭酸エステル類の水素をハロゲンに置換した溶媒等が挙げられる。これらの溶媒は1種類を単独で用いてもよいし、複数種を所定の組成で混合してもよい。 Specific examples of the non-aqueous solvent include ethylene carbonate, propylene carbonate, γ-butyrolactone, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, dipropyl carbonate, ethyl propyl carbonate, or hydrogen of these carbonic acid esters to halogen. Examples include substituted solvents. One of these solvents may be used alone, or a plurality of these solvents may be mixed with a predetermined composition.
また、リチウム塩としては通常の電池電解液に用いられる材料を使用することが可能である。具体的には、LiCl、LiBr、LiI、LiClO3、LiClO4、LiBF4、LiPF6、LiNO3、LiN(CF3SO2)2、LiN(C2F5SO2)2、LiAsF6、LiCF3SO3、LiC(SO2CF3)3、LiAlCl4、LiSiF6等を挙げることができるが、酸化安定性の点からLiPF6、LiBF4が望ましい。これらリチウム塩は単独で用いても複数種を混合して用いても良い。リチウム塩を溶解する濃度として、上記溶媒に溶解することができる濃度であれば問題ないが、リチウムイオン濃度が非水溶媒に対して0.4mol/kg以上、2.0mol/kg以下の範囲であることが好ましい。 Moreover, as lithium salt, it is possible to use the material used for normal battery electrolyte solution. Specifically, LiCl, LiBr, LiI, LiClO 3 , LiClO 4 , LiBF 4 , LiPF 6 , LiNO 3 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiN (C 2 F 5 SO 2 ) 2 , LiAsF 6 , LiCF 3 SO 3 , LiC (SO 2 CF 3 ) 3 , LiAlCl 4 , LiSiF 6 and the like can be mentioned, but LiPF 6 and LiBF 4 are preferable from the viewpoint of oxidation stability. These lithium salts may be used alone or in combination of two or more. There is no problem as long as the lithium salt can be dissolved in the above solvent, but the lithium ion concentration is 0.4 mol / kg or more and 2.0 mol / kg or less with respect to the non-aqueous solvent. Preferably there is.
ゲル状電解質を用いる場合は、上述の電解液をマトリクスポリマでゲル化して用いる。マトリクスポリマは、上記非水溶媒に上記電解質塩が溶解されてなる非水電解液に相溶可能であり、ゲル化できるものであればよい。このようなマトリクスポリマとしては、ポリフッ化ビニリデン、ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレンオキサイド、ポリアクリロニトリル、ポリメタクリロニトリルを繰り返し単位に含むポリマーが挙げられる。このようなポリマーは、1種類を単独で用いてもよいし、2種類以上を混合して用いてもよい。 In the case of using a gel electrolyte, the above-described electrolytic solution is gelled with a matrix polymer. The matrix polymer is not particularly limited as long as it is compatible with a non-aqueous electrolyte obtained by dissolving the electrolyte salt in the non-aqueous solvent and can be gelled. Examples of such a matrix polymer include a polymer containing polyvinylidene fluoride, polyethylene oxide, polypropylene oxide, polyacrylonitrile, and polymethacrylonitrile in repeating units. Such a polymer may be used individually by 1 type, and may mix and use 2 or more types.
その中でも特に好ましいのは、マトリクスポリマとして、ポリフッ化ビニリデンまたはポリフッ化ビニリデンにヘキサフルオロプロピレンが7.5%以下の割合で導入された共重合体である。このようなポリマーは、数平均分子量が5.0×105から7.0×105(50万〜70万)の範囲であるか、または重量平均分子量が2.1×105から3.1×105(21万〜31万)の範囲であり、固有粘度が1.7から2.1の範囲とされている。 Among them, particularly preferred as the matrix polymer is polyvinylidene fluoride or a copolymer in which hexafluoropropylene is introduced at a ratio of 7.5% or less to polyvinylidene fluoride. Such polymers have a number average molecular weight in the range of 5.0 × 10 5 to 7.0 × 10 5 (500,000 to 700,000) or a weight average molecular weight of 2.1 × 10 5 to 3. The range is 1 × 10 5 (210,000-310,000), and the intrinsic viscosity is in the range of 1.7 to 2.1.
[セパレータ]
セパレータは、例えばポリプロピレン(PP)あるいはポリエチレン(PE)などのポリオレフィン系の材料よりなる多孔質膜、またはセラミック製の不織布などの無機材料よりなる多孔質膜により構成されており、これら2種以上の多孔質膜を積層した構造とされていてもよい。中でも、ポリエチレン、ポリプロピレンの多孔質フィルムが最も有効である。
[Separator]
The separator is made of, for example, a porous film made of a polyolefin-based material such as polypropylene (PP) or polyethylene (PE), or a porous film made of an inorganic material such as a ceramic nonwoven fabric. A structure in which a porous film is laminated may be used. Among these, polyethylene and polypropylene porous films are the most effective.
一般的にセパレータの厚みは5〜50μmが好適に使用可能であるが、7〜30μmがより好ましい。セパレータは、厚すぎると活物質の充填量が低下して電池容量が低下するとともに、イオン伝導性が低下して電流特性が低下する。逆に薄すぎると、膜の機械的強度が低下する。 In general, the thickness of the separator is preferably 5 to 50 μm, more preferably 7 to 30 μm. If the separator is too thick, the amount of the active material filled decreases, the battery capacity decreases, and the ionic conductivity decreases and the current characteristics deteriorate. On the other hand, if the film is too thin, the mechanical strength of the film decreases.
[電池の作製]
上述のようにして作製したゲル状電解質溶液を正極11および負極12に均一に塗布し、正極活物質層および負極活物質層に含浸させた後、常温で保存するか、もしくは乾燥工程を経てゲル状電解質層14を形成する。次いで、ゲル状電解質層14を形成した正極11および負極12を用い、正極11、セパレータ13a、負極12、セパレータ13bの順に積層して巻回し、電池素子10とする。
[Production of battery]
The gel electrolyte solution prepared as described above is uniformly applied to the
次いで、この電池素子10をラミネートフィルム17の凹部17aに収容して外装する。ここで、今回用いるラミネートフィルム17について詳しく説明する。
Next, the
図4に、今回用いるラミネートフィルム17の構成を示す。ラミネートフィルム17は金属層21と外側樹脂層22とが外側接着層24により貼着され、金属層21と内側樹脂層23とが内側接着層25にて貼着されており、総厚約100μm程度である。金属層21、外側樹脂層22および内側樹脂層23は前述の金属材料および樹脂材料を用いて作製することができ、外側接着層24および内側接着層25は例えばポリウレタン系、アクリル系、スチレン系など、ラミネートフィルムの製造に従来から使用される接着剤を用いることができる。
FIG. 4 shows the configuration of the
ここで、今回金属層21と内側樹脂層23との間に設けられた内側接着層25を通じて電池内部に水分が浸入するのを抑制するため、内側接着層25に硫酸塩、ポリアクリル酸塩などの水和性の高い水分吸収剤を単独または2種類以上選択して用い、1%以上10%以下の範囲で分散させてラミネートフィルム17を作製する。
Here, in order to prevent moisture from entering the battery through the
具体的に、硫酸塩としては、硫酸ナトリウム、硫酸カリウム、硫酸マグネシウム、硫酸カルシウムを用いることができ、ポリアクリル酸塩としてはポリアクリル酸ナトリウム、ポリアクリル酸カリウム、ポリアクリル酸マグネシウム、ポリアクリル酸カルシウムを用いることができる。 Specifically, sodium sulfate, potassium sulfate, magnesium sulfate, and calcium sulfate can be used as the sulfate, and polyacrylate includes sodium polyacrylate, potassium polyacrylate, magnesium polyacrylate, polyacrylic acid. Calcium can be used.
また、水分吸収剤を添加する以上接着層が厚いほど水分吸収量が多くなり、水分浸入を抑制する効果が高まるが、電池容量の観点からラミネートフィルムが厚くなることは好ましくない。そこで、内側接着層25の厚さを1μm以上5μm以下の範囲とすることで、金属層と内側樹脂層を貼着する効果と水分浸入を抑制する効果を両立させる。
Moreover, the thicker the adhesive layer is, the greater the amount of water absorbed by adding the moisture absorbent, and the effect of suppressing moisture intrusion increases. However, it is not preferable that the laminate film is thick from the viewpoint of battery capacity. Therefore, by setting the thickness of the
なお、金属層21と外側樹脂層22を貼着する外側接着層24は、電池20作製時には金属層21よりも外側に位置する。つまり、水分透過性が高くても金属層で遮られて電池内部に水分が浸入することはない。このため、水分吸収剤を分散させても特に問題はないが、接着性および製造コストの観点から水分吸収剤を分散させない方がよい。
The outer
このようなラミネートフィルム17を用いて電池素子10を外装し、電池素子10の周囲を溶着して電池20とする。正極端子15aおよび負極端子15bを導出する電池のトップ部分は、通常は水分の浸入を考慮して溶着幅を2.5mm程度とする。しかしながら、今回内側接着層に水分吸収剤を用いることにより、より狭い溶着幅とすることができる。具体的には、溶着幅を0.5mm以上2.5mm以下とすることができる。
The
ここで、溶着幅とは実際に熱が加えられて内側樹脂層23であるCPP同士が溶着した部分の幅である。ラミネートフィルムを外装に用いた電池の場合、ラミネートフィルムを所定の大きさに切り分ける際にラミネートフィルム端部にカットバリが発生し、このカットバリが金属端子25と短絡する場合がある。また、カットバリが電池外側に向かっているか、もしくはカットバリが無い場合であっても、溶着用の金属ヒータがラミネートフィルム端部に圧力をかけた場合にラミネートフィルムの金属層と短絡することも考えられる。そこで、ラミネートフィルム端部を避けた内側部分を熱溶着することにより、電池製造時の短絡を防止することができる。
Here, the welding width is a width of a portion where CPPs which are the inner resin layers 23 are welded by heat being actually applied. In the case of a battery using a laminate film as an exterior, a cut burr may occur at the end of the laminate film when the laminate film is cut into a predetermined size, and the cut burr may be short-circuited with the
この場合、電池の断面図は図5に示すような形状となるが、溶着幅とは金属ヒータが避けたことにより溶着されなかった部分は含まず、金属ヒータによる熱で金属端子25上下の内側樹脂層が溶着された幅dのことである。 In this case, the cross-sectional view of the battery has a shape as shown in FIG. 5, but the welding width does not include a portion that has not been welded due to the avoidance of the metal heater. It is the width d where the resin layer is welded.
次いで、図6Aおよび図6Bに示すように、電池素子10が収容された凹部17aの両側の部分(以下、サイド部と適宜称する)17bを、凹部17aの方向に向けて折り曲げる。折り曲げ角度θは、80度〜100度の角度範囲とすることが好ましい。80度未満であると、凹部17aの両側に設けられたサイド部17bが開きすぎているため、非水電解質二次電池20の幅が広くなってしまう。したがって、非水電解質二次電池20の小型化および電池容量の向上が困難となる。また、上限値の100度は、凹部17aの形状によって規定される値であり、扁平型の電池素子10を収容する場合には、折り曲げ角度の限界値は100度程度となる。なお、サイド部17bにおける熱溶着の幅は、好ましくは0.5mm〜2.5mm、より好ましくは1.5mm〜2.5mmの範囲から選ばれる。
Next, as shown in FIGS. 6A and 6B, portions on both sides (hereinafter referred to as side portions) 17b of the
また、サイド部17bの折り返し幅Dは、非水電解質二次電池20の小型化および電池容量の向上のためには、凹部17aの高さh以下にすることが好ましい。また、非水電解質二次電池20の小型化および電池容量の向上のためには、折り返しの回数は1回にすることが好ましい。
Further, the folded width D of the
また、上述の実施形態ではゲル状電解質を用いた非水電解質二次電池20について説明したが、この発明は電解液を用いたラミネートフィルム外装電池にも適用することができる。この場合、上述の実施例において、ゲル状電解質を正極および負極表面に塗布する工程を省き、ラミネートフィルム溶着工程の途中で電解液を注液する工程を設ける。
Moreover, although the above-mentioned embodiment demonstrated the nonaqueous electrolyte
より具体的には、電池素子の周囲の3辺を溶着した後、残りの1辺の開口部から電解液を注液し、その後この1辺を溶着して封止する。 More specifically, after the three sides around the battery element are welded, an electrolytic solution is injected from the opening of the remaining one side, and then this one side is welded and sealed.
以下、実施例によりこの発明を具体的に説明する。まず、電池素子を作製する。 Hereinafter, the present invention will be specifically described by way of examples. First, a battery element is produced.
[正極の作製]
コバルト酸リチウム(LiCoO2)92重量%と、粉状ポリフッ化ビニリデン3重量%と、粉状黒鉛5重量%とを均一に混合し、これをN−メチルピロリドンに分散させてスラリー状の正極合剤を調製した。この正極合剤を正極集電体となるAl箔の両面に均一に塗布し、100℃で24時間減圧乾燥することにより正極活物質層を形成した。
[Production of positive electrode]
92% by weight of lithium cobaltate (LiCoO 2 ), 3% by weight of powdered polyvinylidene fluoride, and 5% by weight of powdered graphite were uniformly mixed and dispersed in N-methylpyrrolidone to form a slurry-like positive electrode composite. An agent was prepared. This positive electrode mixture was uniformly applied to both surfaces of an Al foil serving as a positive electrode current collector, and dried under reduced pressure at 100 ° C. for 24 hours to form a positive electrode active material layer.
次いで、これをロールプレス機で加圧成形することにより正極シートとし、当該正極シートを帯状に切り出して正極とし、活物質の不塗布部分にAlリボンのリードを溶接した。また、リードのアルミラミネートフィルムに挟まれる部分には、ポリプロピレン片を両面に接着した。 Next, this was pressure-formed by a roll press machine to obtain a positive electrode sheet, and the positive electrode sheet was cut into a strip shape to form a positive electrode, and an Al ribbon lead was welded to an uncoated portion of the active material. In addition, polypropylene pieces were bonded to both sides of the portion of the lead sandwiched between the aluminum laminate films.
[負極の作製]
人造黒鉛91重量%と、粉状ポリフッ化ビニリデン9重量%とを均一に混合し、N−メチルピロリドンに分散させてスラリー状の負極合剤を調製した。次に、この負極合剤を負極集電体となる銅箔の両面に均一に塗布し、120℃で24時間減圧乾燥することにより負極活物質層を形成した。
[Production of negative electrode]
Artificial graphite (91% by weight) and powdery polyvinylidene fluoride (9% by weight) were uniformly mixed and dispersed in N-methylpyrrolidone to prepare a slurry-like negative electrode mixture. Next, this negative electrode mixture was uniformly applied to both surfaces of a copper foil serving as a negative electrode current collector, and dried under reduced pressure at 120 ° C. for 24 hours to form a negative electrode active material layer.
次いで、これをロールプレス機で加圧成形することにより負極シートとし、当該負極シートを帯状に切り出して負極とし、物質の不塗布部分にNiリボンのリードを溶接した。また、リードのアルミラミネートフィルムに挟まれる部分にはポリプロピレン片を両面に接着した。 Next, this was pressure-formed by a roll press machine to obtain a negative electrode sheet, and the negative electrode sheet was cut into a strip shape to form a negative electrode, and a Ni ribbon lead was welded to the uncoated portion of the substance. In addition, a piece of polypropylene was bonded to both sides of the lead between the aluminum laminate films.
[ゲル状電解質の作製]
ヘキサフルオロプロピレンが6.9%の割合で共重合されたポリフッ化ビニリデンと、非水電解液と、希釈溶剤のジメチルカーボネート(DMC)とを混合し、撹拌、溶解させてゾル状の電解質溶液を得た。電解液にはエチレンカーボネート、プロピレンカーボネートを6:4の重量比で混合し、0.8mol/kgのLiPF6と0.2mol/kgのLiBF4を溶解して作成した。混合比は,ポリフッ化ビニリデン:電解液:DMC=1:6:12の重量比とした。次いで、得られたゾル状の電解質溶液を正極及び負極の両面に均一に塗布した。その後、50℃で3分間乾燥させて溶剤を除去して、正極及び負極の両面にゲル状電解質層を形成した。
[Preparation of gel electrolyte]
A polyvinylidene fluoride copolymerized with 6.9% of hexafluoropropylene, a non-aqueous electrolyte, and dimethyl carbonate (DMC) as a diluting solvent are mixed, stirred and dissolved to obtain a sol electrolyte solution. Obtained. The electrolyte was prepared by mixing ethylene carbonate and propylene carbonate in a weight ratio of 6: 4 and dissolving 0.8 mol / kg LiPF 6 and 0.2 mol / kg LiBF 4 . The mixing ratio was a weight ratio of polyvinylidene fluoride: electrolyte: DMC = 1: 6: 12. Next, the obtained sol-form electrolyte solution was uniformly applied to both surfaces of the positive electrode and the negative electrode. Then, it was made to dry at 50 degreeC for 3 minute (s), the solvent was removed, and the gel electrolyte layer was formed on both surfaces of the positive electrode and the negative electrode.
次いで、両面にゲル状電解質層が形成された帯状の正極と、両面にゲル状電解質層が形成された帯状の負極とを、セパレータを介して長手方向に巻回することにより電池素子を得た。セパレータには厚さ10μm、空孔率33%の多孔質ポリエチレンフィルムを用いた。 Next, a battery element was obtained by winding a belt-like positive electrode having a gel electrolyte layer formed on both sides and a belt-like negative electrode having a gel electrolyte layer formed on both surfaces in the longitudinal direction via a separator. . As the separator, a porous polyethylene film having a thickness of 10 μm and a porosity of 33% was used.
上述のようにして作製した電池素子をラミネートフィルムで外装し、溶着幅を変化させて厚さ3mmの試験用電池を作製する。このとき、溶着幅が変わっても外形寸法が変化しないようにして試験用電池を作製する。 The battery element produced as described above is covered with a laminate film, and the welding width is changed to produce a test battery having a thickness of 3 mm. At this time, a test battery is produced so that the outer dimensions do not change even if the welding width changes.
この各試験用電池について、800mA、4.2Vの定電流定電圧での充電を1時間行った。この後、800mAでの定電流放電を行い、電池電圧が3.7Vに達した時点で終了とした。 Each test battery was charged with a constant current and a constant voltage of 800 mA and 4.2 V for 1 hour. Thereafter, constant current discharge at 800 mA was performed, and the process was terminated when the battery voltage reached 3.7V.
ここで、ラミネートフィルムは以下の9種類を使用した。これらのラミネートフィルムは金属層に厚さ40μmのアルミニウム、外側樹脂層に厚さ25μmのナイロン、内側樹脂層に厚さ30μmのCPPを用いた。また、8種類にはアルミニウムとCPPを貼着する接着剤に水分吸収剤を添加し、1種類は接着剤のみを使用した。添加する水分吸収剤として硫酸ナトリウムを用いたものをラミネートフィルムA、硫酸カリウムを用いたものをラミネートフィルムB、硫酸マグネシウムを用いたものをラミネートフィルムC、硫酸カルシウムを用いたものをラミネートフィルムD、ポリアクリル酸ナトリウムを用いたものをラミネートフィルムE、ポリアクリル酸カリウムを用いたものをラミネートフィルムF、ポリアクリル酸マグネシウムを用いたものをラミネートフィルムG、ポリアクリル酸カルシウムを用いたものをラミネートフィルムH、水分吸収剤を添加しない接着剤を用いたものをラミネートフィルムIとした。 Here, the following nine types of laminate films were used. These laminated films used aluminum having a thickness of 40 μm for the metal layer, nylon having a thickness of 25 μm for the outer resin layer, and CPP having a thickness of 30 μm for the inner resin layer. In addition, a moisture absorbent was added to the adhesive for adhering aluminum and CPP to 8 types, and only the adhesive was used for 1 type. As a moisture absorbent to be added, a laminate film A using sodium sulfate, a laminate film B using potassium sulfate, a laminate film C using magnesium sulfate, a laminate film D using calcium sulfate, A laminate film E using sodium polyacrylate, a laminate film F using potassium polyacrylate, a laminate film G using magnesium polyacrylate, and a laminate film using calcium polyacrylate A laminate film I was prepared using an adhesive that does not contain H or a moisture absorbent.
<実施例1>
上記のラミネートフィルムA〜Iを用いた場合のそれぞれについて、トップ部の溶着幅を変化させて実施例1−1〜実施例1−24および比較例1−1〜比較例1−4の試験用電池を作製した。ラミネートフィルムA〜Gは水分吸収剤を接着剤にそれぞれ5%添加したものを使用し、アルミニウムとCPP間の内側接着層の厚さは2μmとした。
<Example 1>
For each of the cases where the above laminate films A to I were used, the welding width of the top portion was changed, and the test for Examples 1-1 to 1-24 and Comparative Examples 1-1 to 1-4 A battery was produced. Laminate films A to G were each made by adding 5% of a moisture absorbent to the adhesive, and the thickness of the inner adhesive layer between aluminum and CPP was 2 μm.
次いで、作製した試験用電池を温度80℃、湿度90%の雰囲気下で7日間保存し、保存後の膨れ量および保存後の電池容量を測定した。以下の表1に、各試験用電池に用いたラミネートフィルムの種類およびトップ部の溶着幅、ならびに測定の結果を示す。 Next, the produced test battery was stored for 7 days in an atmosphere at a temperature of 80 ° C. and a humidity of 90%, and the swollen amount after storage and the battery capacity after storage were measured. Table 1 below shows the type of laminate film used in each test battery, the weld width of the top portion, and the measurement results.
上記結果より、水分吸収剤を添加していないラミネートフィルムIについては、溶着幅が狭くなると電池膨れが大きくなることが分かる。水分浸入量は浸入経路長さ(溶着幅)に反比例するため、水分吸収剤を添加しない場合は電池内部への水分浸入量が大きく、浸入した水分が原因となってガスが発生するためである。また、溶着幅を3.5mmと大きくすると、浸入経路長さ(溶着幅)が長くなるため水分の浸入を抑制することが可能となるが、その分電池素子収容部の体積が小さくなり、電池容量の低下を招いてしまう。 From the above results, it can be seen that for the laminate film I to which no water absorbent is added, the battery swelling increases as the welding width decreases. This is because the amount of moisture intrusion is inversely proportional to the length of the infiltration path (welding width), and therefore, when no moisture absorbent is added, the amount of moisture intrusion into the battery is large and gas is generated due to the ingress of moisture. . Further, when the welding width is increased to 3.5 mm, the intrusion path length (welding width) is increased, so that it is possible to suppress the intrusion of moisture. The capacity will be reduced.
一方、水分添加剤を添加したラミネートフィルムA〜ラミネートフィルムHを用いた場合、実施例1−1〜1−3に示すように、溶着幅が0.5mm〜2.5mmの範囲では電池膨れは0.2mmと変化がなく、溶着幅が0.5mmと狭くなっても電池膨れが小さいことが分かる。 On the other hand, when the laminate film A to the laminate film H to which the moisture additive is added is used, as shown in Examples 1-1 to 1-3, the battery bulge does not occur in the range where the welding width is 0.5 mm to 2.5 mm. It can be seen that the battery bulge is small even when the welding width is as narrow as 0.5 mm with no change of 0.2 mm.
また、比較例1−4で示すとおり、ラミネートフィルムAを用い、溶着幅を0.3mmとした場合、溶着幅を0.5mmとした実施例1−3と比較して電池膨れが大きくなる。さらに、溶着幅を3.5mm程度に大きくした場合、比較例1−3と同様に電池素子収容部の体積が減少し、電池容量の低下につながると考えられる。このため、この発明を適用した場合、溶着幅が0.5mm〜2.5mmの範囲とすることで、水分浸入の抑制と電池の高容量化を両立した電池を得ることができる。 Further, as shown in Comparative Example 1-4, when the laminate film A is used and the welding width is set to 0.3 mm, the battery swell increases compared to Example 1-3 in which the welding width is set to 0.5 mm. Furthermore, when the welding width is increased to about 3.5 mm, it is considered that the volume of the battery element housing portion decreases as in Comparative Example 1-3, leading to a decrease in battery capacity. For this reason, when this invention is applied, by setting the welding width in the range of 0.5 mm to 2.5 mm, it is possible to obtain a battery that achieves both suppression of moisture intrusion and an increase in battery capacity.
<実施例2>
上述のラミネートフィルムA〜Iを用いた場合のそれぞれについて、サイド部の溶着幅を変化させて実施例2−1〜2−16および比較例2−1〜2−5の試験用電池を作製した。ラミネートフィルムA〜Gは水分吸収剤をそれぞれ5%添加したものを使用し、アルミニウムとCPP間の内側接着層の厚さは2μmとした。また、トップ部の溶着幅は2.5mmとした。さらに、溶着したサイド部を折り返す際、一部の試験用電池については折り返し回数を2回とし、残りの試験用電池については折り返し回数を1回とした。
<Example 2>
For each of the cases where the above laminate films A to I were used, test batteries of Examples 2-1 to 2-16 and Comparative Examples 2-1 to 2-5 were manufactured by changing the welding width of the side portion. . Laminate films A to G were each added with 5% moisture absorbent, and the thickness of the inner adhesive layer between aluminum and CPP was 2 μm. The welding width of the top part was 2.5 mm. Further, when the welded side part was folded back, the number of times of folding was set to 2 for some test batteries, and the number of times of folding was set to 1 for the remaining test batteries.
次いで、作製した試験用電池を温度80℃、湿度90%の雰囲気下で7日間保存し、保存後の膨れ量および保存後の電池容量を測定した。以下の表2に、各試験用電池に用いたラミネートフィルムの種類、サイド部の溶着幅およびサイド部の折り返し回数、ならびに測定の結果を示す。 Next, the produced test battery was stored for 7 days in an atmosphere at a temperature of 80 ° C. and a humidity of 90%, and the swollen amount after storage and the battery capacity after storage were measured. Table 2 below shows the type of laminate film used in each test battery, the welding width of the side portion, the number of times the side portion is folded, and the measurement results.
上記結果より、水分吸収剤を添加していないラミネートフィルムIを用いた場合、サイド部の折り返しが1回の場合は溶着幅を2.5mmとしても比較的大きな電池膨れが生じるのに対し、水分吸収剤を添加したラミネートフィルムA〜Hを用いた場合は、サイド部の折り返しが1回で溶着幅が1.5mmと狭くなっても電池膨れを抑制することができる。 From the above results, in the case of using the laminate film I to which no moisture absorbent is added, when the side portion is folded once, a relatively large battery swelling occurs even if the welding width is 2.5 mm. When the laminate films A to H to which the absorbent is added are used, battery swelling can be suppressed even if the side portion is folded once and the welding width is as narrow as 1.5 mm.
また、水分吸収剤を添加していないラミネートフィルムIを用い、溶着幅を5.0mmとしてサイド部の折り返しを2回とすると電池膨れは抑えられるが、電池容量が犠牲となるため好ましくない。これは、外形寸法を一定とすると2回折り返すスペース分電池素子収容部の体積が減少するためである。 In addition, when the laminate film I to which no moisture absorbent is added and the welding width is 5.0 mm and the side part is folded back twice, battery swelling is suppressed, but battery capacity is sacrificed, which is not preferable. This is because if the outer dimensions are constant, the volume of the battery element housing portion is reduced by a space that is folded twice.
上述の実施例1および実施例2より、内側接着層に水分吸収剤を添加することにより、電池内部への水分浸入を抑制することが可能となり、溶着幅を狭くすることができるため、電池性能の向上を図ることができる。 From Example 1 and Example 2 described above, by adding a moisture absorbent to the inner adhesive layer, it is possible to suppress moisture intrusion into the battery, and the welding width can be narrowed. Can be improved.
<実施例3>
接着層に水分吸収剤を混合したラミネートフィルムA〜Hにおいて、水分吸収剤の添加量をそれぞれ変化させて、実施例3−1〜実施例3−28および比較例3−1〜比較例3−2の試験用電池を作製した。このとき、トップ部の溶着幅を1.5mm、サイド部の溶着幅を2.5mm、サイド部の折り返し回数を1回、アルミニウムとCPP間の内側接着層の厚さは2μmとして試験用電池を作製し、電池膨れおよび電池容量を測定した。
<Example 3>
In the laminate films A to H in which the water absorbing agent was mixed with the adhesive layer, the amount of the water absorbing agent added was changed, and Example 3-1 to Example 3-28 and Comparative Example 3-1 to Comparative Example 3- 2 test batteries were prepared. At this time, the test battery was tested with the weld width of the top portion being 1.5 mm, the weld width of the side portion being 2.5 mm, the side portion being folded once, and the thickness of the inner adhesive layer between the aluminum and the CPP being 2 μm. The battery was swollen and the battery capacity was measured.
次いで、作製した試験用電池を温度80℃、湿度90%の雰囲気下で7日間保存し、保存後の膨れ量および保存後の電池容量を測定した。以下の表3に各試験用電池に用いた水分吸収剤の種類、水分吸収剤の添加量[%]、ならびに測定の結果を示す。 Next, the produced test battery was stored for 7 days in an atmosphere at a temperature of 80 ° C. and a humidity of 90%, and the swollen amount after storage and the battery capacity after storage were measured. Table 3 below shows the type of moisture absorbent used in each test battery, the amount of moisture absorbent added [%], and the measurement results.
上記結果より、水分吸収剤の添加量が少ない場合電池膨れが生じることが分かる。これは、水分吸収剤の効果が小さいためと考えられる。一方、添加量が多くなりすぎると大きな電池膨れが発生してしまう。これは、接着剤としての効果が低下して溶着部分に剥がれが生じるため、水分浸入量が多くなるためであると考えられる。ラミネートフィルムAを用いる場合、硫酸カリウムの添加量を1%以上10%以下とすることで、水分浸入抑制効果と接着効果を併せ持つラミネートフィルムとすることができる。また、他の水分吸収剤を用いる場合も添加量が1%以上10%以下の範囲で実用に耐えうるラミネートフィルムとなることがわかる。 From the above results, it can be seen that battery swelling occurs when the amount of moisture absorbent added is small. This is considered because the effect of the moisture absorbent is small. On the other hand, if the amount added is too large, large battery swelling occurs. This is considered to be because the amount of moisture intrusion increases because the effect as an adhesive is reduced and peeling occurs at the welded portion. When using the laminate film A, it can be set as the laminate film which has a moisture permeation suppression effect and an adhesive effect by making the addition amount of potassium sulfate into 1% or more and 10% or less. It can also be seen that when other moisture absorbents are used, the laminate film can withstand practical use when the addition amount is in the range of 1% to 10%.
<実施例4>
接着層に水分吸収剤を混合したラミネートフィルムA〜Hにおいて、アルミニウムとCPP間の内側接着層の厚さを変化させて実施例4−1〜実施例4−24および比較例4−1〜比較例4−2の試験用電池を作製し、電池膨れおよび電池容量を測定した。このとき、トップ部の溶着幅を1.5mm、サイド部の溶着幅を2.5mmとし、サイド部の折り返し回数を1回として試験用電池を作製した。
<Example 4>
In laminate films A to H in which a moisture absorbent was mixed in the adhesive layer, the thickness of the inner adhesive layer between aluminum and CPP was changed, and Example 4-1 to Example 4-24 and Comparative Example 4-1 to Comparative Example A test battery of Example 4-2 was prepared, and battery swelling and battery capacity were measured. At this time, a test battery was manufactured by setting the welding width of the top part to 1.5 mm, the welding width of the side part to 2.5 mm, and the side part to be folded once.
次いで、作製した試験用電池を温度80℃、湿度90%の雰囲気下で7日間保存し、保存後の膨れ量および保存後の電池容量を測定した。以下の表4に、各試験用電池に用いたラミネートフィルムの種類および内側接着層の厚さ、ならびに測定の結果を示す。 Next, the produced test battery was stored for 7 days in an atmosphere at a temperature of 80 ° C. and a humidity of 90%, and the swollen amount after storage and the battery capacity after storage were measured. Table 4 below shows the type of laminate film used in each test battery, the thickness of the inner adhesive layer, and the measurement results.
上記結果より、水分吸収剤として硫酸ナトリウムを添加したラミネートフィルムAを用いた場合、内側接着層が0.5μmと薄い場合は大きな電池膨れが生じる。これは、接着層としての効果が小さく、溶着部分に剥がれが生じるためと考えられる。また、内側接着層が7.0μmと厚い場合、接着性能は確保され電池膨れは抑えることができるものの、水分そのものの浸入は完全には抑えられないため、厚みが厚ければ厚いほど逆に水分を呼び込む結果となり、水分膨れの増加や電池容量の低下につながるため好ましくない。 From the above results, when the laminate film A to which sodium sulfate is added as a moisture absorbent is used, large battery swelling occurs when the inner adhesive layer is as thin as 0.5 μm. This is considered to be because the effect as an adhesive layer is small and peeling occurs at the welded portion. In addition, when the inner adhesive layer is as thick as 7.0 μm, the adhesion performance is ensured and the battery swelling can be suppressed, but the infiltration of moisture itself cannot be completely suppressed. This is undesirable because it leads to an increase in moisture swell and a decrease in battery capacity.
一方、実施例4−1〜実施例4−3のとおり、内側樹脂層を1.0μm〜5.0mmとした場合は電池膨れを抑制することができ、電池容量の低下も発生しないことが分かる。また、実施例4−4〜実施例4−24のように、ラミネートフィルムB〜Hを用いた場合も接着層厚さを1.0μm〜5.0mmとすることにより、電池膨れおよび電池容量の低下が生じないことが分かる。このため、内側接着層を1〜5μmとすることにより、水分浸入抑制効果と高い電池容量を維持することができる。 On the other hand, as in Example 4-1 to Example 4-3, when the inner resin layer is 1.0 μm to 5.0 mm, it can be seen that battery swelling can be suppressed and the battery capacity does not decrease. . In addition, as in Examples 4-4 to 4-24, when the laminate films B to H are used, the adhesive layer thickness is set to 1.0 μm to 5.0 mm. It can be seen that there is no decrease. For this reason, by setting the inner adhesive layer to 1 to 5 μm, it is possible to maintain the moisture penetration suppressing effect and the high battery capacity.
以上、この発明の一実施形態について具体的に説明したが、この発明は、上述の一実施形態に限定されるものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。 The embodiment of the present invention has been specifically described above, but the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications based on the technical idea of the present invention are possible.
例えば、上述の実施形態において挙げた数値および材料はあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれと異なる数値および材料を用いてもよい。 For example, the numerical values and materials listed in the above-described embodiments are merely examples, and different numerical values and materials may be used as necessary.
また、この発明はラミネートフィルム外装を用いた電池であれば適用することができ、内部に収容する電池素子の形状は巻回型に限られない。 Further, the present invention can be applied to any battery using a laminate film exterior, and the shape of the battery element accommodated therein is not limited to the winding type.
1・・・電池
2a・・・正極端子
2b・・・負極端子
3a,3b・・・シーラント
10・・・電池素子
11・・・正極
12・・・負極
13a,13b・・・セパレータ
14・・・ゲル状電解質
15a・・・正極端子
15b・・・負極端子
16a,16b・・・シーラント
17・・・ラミネートフィルム
17a・・・凹部
17b・・・サイド部
20・・・非水電解質二次電池
21・・・金属層
22・・・外側樹脂層
23・・・内側樹脂層
24・・・外側接着層
25・・・内側接着層
d・・・溶着幅
θ・・・折り曲げ角度
D・・・折り返し幅
h・・・凹部高さ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Battery 2a ...
Claims (4)
上記金属層はアルミニウムからなり、
上記内側接着層は水分吸収剤が分散された接着剤からなり、
上記外装材の金属端子導出部分の溶着幅が0.5mm以上2.5mm以下であることを特徴とする非水電解質二次電池。 The battery element is housed in an exterior material made of a laminate film formed by adhering the outer resin layer and the inner resin layer to the both surfaces of the metal layer via the outer adhesive layer and the inner adhesive layer, respectively, and the above along the periphery of the battery element. In the nonaqueous electrolyte secondary battery in which the exterior material is sealed,
The metal layer is made of aluminum,
The inner adhesive layer is made of an adhesive in which a moisture absorbent is dispersed,
A non-aqueous electrolyte secondary battery, wherein a welding width of a metal terminal leading portion of the exterior material is 0.5 mm or more and 2.5 mm or less.
上記水分吸収剤の添加量が上記接着剤の1%以上10%以下であることを特徴とする請求項1に記載の非水電解質二次電池。 The water absorbent is a sulfate represented by the general formula MSO 4 or M 2 SO 4 (wherein M is selected from Na, K, Mg, Ca), or the general formula (—CH 2 -CH (COOM)-) using at least one polyacrylate represented by n (wherein M is selected from Na, K, Mg, Ca),
2. The nonaqueous electrolyte secondary battery according to claim 1, wherein an addition amount of the moisture absorbent is 1% or more and 10% or less of the adhesive.
上記外装材に収容された電池素子の両側に側壁が形成されるように、上記金属端子導出部の側面部が溶着面に対し80度以上100度以下の角度範囲で1回折りされていることを特徴とする請求項1に記載の非水電解質二次電池。 The welding width of the side surface portion of the metal terminal lead-out portion of the exterior material is equal to or less than the battery thickness,
The side surface portion of the metal terminal lead-out portion is diffracted once in an angle range of 80 degrees or more and 100 degrees or less with respect to the welding surface so that side walls are formed on both sides of the battery element housed in the exterior material. The nonaqueous electrolyte secondary battery according to claim 1.
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